我国是一个使用放射性同位素(主要是放射源)与射线装置的大国。仅以四川为例, 使用Ⅱ类放射源和射线装置的工业企业就达700多家, 使用Ⅱ、Ⅲ类医用射线装置的医疗机构达2500家。放射性同位素与射线装置已广泛的应用于科研、军事、工业、医学、农业种植等各个领域, 成为国民经济和人民生活中不可缺少的一种重要技术和手段。但是, 它在给我们带来现代文明成果、创造巨大经济效益的同时, 也存在着产生辐射事故和放射性污染等安全隐患, 因此必须保证放射性同位素与射线装置的安全使用, 防止放射性污染, 从而保护环境, 保障人体健康。

为了确保放射性同位素与射线装置的安全应用, 我国在2003年6月颁布了《中华人民共和国放射性污染防治法》, 2005年9月实施了《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》(国务院第449号令), 2007年1月, 国家环保总局印发了《关于γ射线探伤装置的辐射安全要求》(环发2007第8号), 四川省环保局2007年5月印发了《关于X射线探伤装置的辐射安全要求》(川环发2007第42号)。上述法规和文件, 是搞好辐射安全防护工作的指导方针, 并为辐射安全防护工作制定了总体原则和基本技术要求。依据这些原则和要求, 结合实践工作经验, 笔者研究和探索了一套能够满足工业和医用辐射安全要求, 防止放射性污染事故发生的联锁系统。

1 工业和医用放射源及射线装置的主要辐射安全隐患

我们对四川省使用放射源和射线装置的20家工业企业, 50家医疗机构进行了调查、检测, 上述单位普遍存在以下辐射安全隐患^{[1, 2]}:①在工业探伤作业时, 容易发生人员通道门被误开, 人员误入探伤室的情况。②许多工矿企业由于生产安排等原因, 探伤作业时间较长, 并常在夜间进行, 探伤从业人员因身体疲劳或疏忽大意容易发生误开误照事故, 严重危害探伤从业人员的身体健康。③由于历史原因, 现有报警、警示设备不齐全、不关联、不规范, 没有语音提示和紧急逃逸装置, 存在较大的安全隐患, 不能完全满足辐射安全要求。④使用放射源的探伤企业, 都不同程度地发生过放射源在工作时卡源脱落等事故, 以现有的监测或者报警装置, 不能准确判断和处理此类事故, 容易出现严重的辐射安全事故。⑤医疗机构在使用放射源和射线装置时, 因为人员通道门没有联锁装置, 也不同程度地发生过病人或家属误入误照地情况。

综上所述, 为了从根本上加强工业和医用辐射安全, 消除事故隐患, 保障人体健康, 迫切需要一套完整、系统、精确、可靠地控制体系, 强制性地保证辐射作业按照正确地规程进行, 避免和锁定误操作, 防止意外事故发生。

2 辐射安全联锁系统应具备的主要功能

根据国家有关辐射安全要求, 针对实践工作中容易出现的事故隐患, 我们以为, 联锁系统应具备以下功能。

2.1 工业辐射安全联锁系统的主要功能 2.1.1 门机联锁

工件进出门和人员通道门没有关闭到位, 探伤机不能启动(放射源不离开容器、射线机高压不启动); 探伤机在启动状态下, 门不能从外面打开。

2.1.2 监测设备与门联锁

在探伤室内安装固定式辐射剂量报警仪, 探伤室内剂量率通过数据传输显示在主控柜上。当探伤室内剂量率水平低于10μGy/h时, 门可以通过操作程序打开, 当高于10μGy/h时, 门不能被打开。

2.1.3 钥匙联锁

操作人员只有使用主控柜钥匙才能启动探伤机或打开人员通道门。在探伤机启动状态下, 钥匙无法取出, 人员通道门不能被开启; 在人员通道门开启的情况下, 钥匙无法取出, 探伤室不能启动。

2.1.4 无人复位开关与探伤机联锁

在探伤室内安装无人复位开关, 当操作人员撤离探伤室, 并检查确认无滞留人员, 按下无人复位开关时, 方可以进入下一步骤, 可以启动探伤机, 否则无法启动探伤机。

2.1.5 紧急逃逸系统

当人员被误关闭在探伤室时, 只要按下紧急逃逸开关(在探伤室内设置多个逃逸开关), 探伤机立即停止工作, 人员通道门自动打开。

2.1.6 声、光警示系统

在探伤作业时, 自动发出声音、灯光、灯箱等警示。探伤作业结束时, 自动关闭上述警示。

2.2 医疗辐射安全联锁系统的主要功能 2.2.1 门机联锁

(医生通道和病员通道)门要同时关闭到位, 射线机高压才能启动; 任何门被打开, 射线机高压自动关闭。

2.2.2 门与警示灯联锁

医生通道和病员通道任意一门关闭到位, 警示灯箱自动打开; 当两个门同时打开时, 警示灯箱自动关闭。

3 如何实现辐射安全联锁系统的主要功能(系统原理)^[3]

要实现复杂、冗余、逻辑关联性强的系统功能。必须采用工业计算机PLC程序控制。将"人" -辐射职业人员、"机"-探伤机、"门"-工件和人员进出门、"室" -探伤室、"报警设备"-固定式辐射剂量报警仪等5项元素联系起来, 编制准确可靠的工作程序, 用PLC和逻辑电路控制各要素的开启、关闭状态, 实现各项联锁功能。见图 1, 图 2。

以工业辐射安全联锁系统为例, 具体的工程原理及过程为:按下操作台上设置的启动按钮, PLC收到程序启动信号; 若室内射线剂量高于设定的数值时, 与射线探测仪连接的继电器接通, PLC通过相应输入脚接到信号, 锁定与人员通道门开门接触连接的输出脚, 当室内射线剂量低于设置的数字时, 与射线探测仪连接的接触器不接通, 按下开门按钮, PLC接到信号, 通过相应输出脚控制人员通道门的一个接触器接通, 打开人员通道门; 当射线室大门关闭时, 与其连接的射线室大门行程开关向PLC提供射线室大门已经关闭的信号, PLC接受到此信号后, 通过相应输出脚接通大门开关指示灯接触器接通, 通过指示灯将大门已经关闭的信号显示出来; 按下放音警示按钮, PLC通过相应输出脚控制放音接触器, 开始放音警示, 提醒人员离开; 按下关门按钮, PLC通过相应输入脚接到信号, 再通过相应输出脚, 控制人员通道门的另外一个接触器接通, 关闭人员通道门; 人员通道门关闭时, 该行程开关向PLC提供人员通道门已关闭的信号, PLC接收到此信号后, 通过相应输出脚接通人员通道门开关指示灯接触器接通, 通过指示灯将人员通道门已经关闭的信号显示出来; 当PLC接受到射线室大门和人员通道门都已经关闭的信号时, 通过相应输出脚, 控制射线源电源接触器接通, 同时与其连接的警示灯亮, 提示室内有射线源在工作; 若有人被意外地关在探伤室内时, 按下"紧急逃逸"按钮中的任何一个, PLC接到信号, 通过相应输出脚控制射线源的电源接触器断开, 切断射线源的电源, 同时, 通过相应输出脚控制接通人员通道门的相应接触器, 打开人员通道门; 当按下强制按钮时, PLC接收到紧急停止信号, 通过输出端的控制, 断开与射线源连接的接触器, 切断射线源电源。

4 辐射安全联锁系统的研发与实践

德阳市同佳环保科技有限责任公司长期致力于辐射安全防护相关产品的研究与开发。于2006年10月至2007年12月研制成功了TJLS-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种型号的辐射安全联锁系统, 其中TJLS-Ⅰ型适用于放射源; TJLS-Ⅱ型适用于工业射线装置; TJLS-Ⅲ型适用于医用射线装置。上述装置已经在国有大型企业, 有关厂家和各级医院广泛应用。从使用单位反馈的信息看, 该系统与国内外相近或相似的装置相比, 具有三个方面的明显优点:一是首次采用PLC控制, 使系统更可靠、更安全, 试用的20套装置没有出现系统误操作等故障, 未出现任何安全事故; 二是设计合理、结构优化、操作简便。安全联锁系统和辐射工作系统融为一体, 既保障了安全操作, 又不影响工作效率; 三是广泛使用国产化电器元件, 降低造价, 便于维护和升级更新。

该辐射安全联锁系统2008年7月通过了四川省环保局组织展开的技术鉴定会, 肯定了PLC控制的辐射安全联锁系统系国内首创。

综上所述, 采用PLC控制技术, 建立一套完整的联锁系统, 实现门机联锁、监测设备与门联锁、钥匙联锁; 无人复位开关与探伤机联锁等功能, 可以有效地保护操作人员和公众, 避免因人为失误造成辐射安全事故。该系统运行稳定、安全可靠、操作维护方便。该联锁系统的推广有利于放射性同位素和射线装置的合理安全应用。